PANNEAU ABSORBANT ACOUSTIQUE LARGE BANDE BASÉ SUR UN MÉTAMATÉRIAU BICOUCHE

Abstract

 La divulgation concerne une cellule élémentaire de métamatériau acoustique absorbant. La cellule élémentaire comprend une première couche comprenant un premier résonateur. Le premier résonateur forme un conduit comprenant une première ouverture d'entrée et une ouverture de sortie. La cellule élémentaire comprend en outre une deuxième couche comprenant un ou plusieurs résonateurs. Chaque résonateur de la deuxième couche forme une cavité comprenant une deuxième ouverture d'entrée reliée à l'ouverture de sortie du conduit du premier résonnateur de sorte que tout ou partie d'une onde sonore incidente reçue par la première ouverture d'entrée puisse pénétrer dans chaque résonateur de la deuxième couche via cette deuxième ouverture d'entrée. La cellule élémentaire sert à l'amélioration de l'acoustique et du confort sonore d'une manière simple et efficace.

Description

Domaine technique de l'invention

[0001] L'invention concerne une cellule élémentaire de métamatériau acoustique absorbant et également un panneau acoustique absorbant comprenant au moins une cellule élémentaire de métamatériau acoustique absorbant.

Etat de la technique antérieure

[0002] Un matériau acoustique absorbant permet de dissiper une partie de l'onde sonore incidente et de ne réfléchir qu'une fraction de cette dernière. Les performances d'un tel dispositif se mesurent en termes de taux d'absorption α (aussi appelé coefficient d'absorption) et de bande passante fréquentielle Δf dans laquelle ce taux d'absorption α est garanti. Un panneau absorbant efficace aura une impédance acoustique très proche de celle de l'air sur la bande de fréquence considérée. Les matériaux intrinsèquement absorbants comme les mousses, les laines et les matériaux fibreux constituent l'immense majorité des solutions d'absorption sonore utilisées dans divers domaines de l'industrie. Cependant, l'utilisation de ce genre de solutions n'est pas toujours adaptée et des fois, tout simplement pas concevable selon les applications. En effet, ces matériaux sont fragiles et très souvent polluants de sorte qu'ils sont toujours enchâssés dans un cadre et recouverts de panneaux comportant des perforations ou toutes autres ouvertures qui permettent à l'onde incidente d'atteindre le matériau absorbant. Cela, avec une dégradation des performances acoustiques en comparaison avec ceux du matériau absorbant nu. Ils sont, de ce fait, écartés dans les applications et les environnements pour lesquels le taux de pollution particulaire doit être maintenu à des niveaux drastiquement faibles et/ou le maintien des performances doit être durable en toutes circonstances (par exemple, humidité, inondation et/ou températures extrêmes). De plus, l'efficacité de ces matériaux poreux chute brutalement aux fréquences basses correspondant aux cinq premières octaves de la bande sonore (<1 kHz). C'est ainsi, tout un pan des besoins en amélioration du confort acoustique et de la réduction des bruits qui est inabordable avec ce type de matériaux absorbants.

[0003] Les performances très limitées en basse fréquence des solutions classiques à base de matériaux poreux (par exemple les laines, les mousses, les fibres, et les matériaux extrudés) sont habituellement remplacées par des absorbants à résonances de type Helmholtz. De tels panneaux d'absorption sont fabriqués avec des matériaux solides car leurs propriétés acoustiques sont dues aux dimensions géométriques des résonateurs Helmholtz. La caractéristique d'absorption de ce genre de résonateur a la forme d'une résonance de Lorentz où le facteur de qualité et la fréquence de résonance sont accordés avec ces valeurs dimensionnelles. L'idéal pour un dispositif absorbant possédant une telle caractéristique d'absorption est que la réduction de la fréquence centrale puisse se faire sans augmentation sensible du facteur de qualité de manière à ne pas rétrécir la bande fréquentielle d'absorption. De cette manière, il serait possible de traiter les basses fréquences sur une large bande. Ce n'est malheureusement pas le cas des résonateurs acoustiques de type Helmholtz pour qui une dualité entre le facteur de qualité et la fréquence de résonance existe. En effet, la largeur de la bande fréquentielle où l'absorption s'opère est proportionnelle à la fréquence centrale à la puissance 4. Ainsi, quand un redimensionnement du résonateur d'Helmholtz est réalisé pour réduire de moitié la fréquence de résonance de ce dernier, sa bande passante devient 16 fois plus petite.

[0004] Pour remédier à cela, on utilise une technique de diversification de résonateurs qui consiste à construire un panneau composé de plusieurs de ses résonateurs, chacun possédant une fréquence de résonance proche de l'autre et circonscrite dans la bande fréquentielle visée. L'onde acoustique incidente a un accès simultané à tous les conduits de ces résonateurs. Il s'agit d'un couplage transversal (ouvertures acoustiques sur une même surface parallèle à celle du panneau) de résonateurs acoustiques. C'est une technique utilisée notamment, pour le revêtement insonorisant « liner » des moteurs d'avion.

[0005] L'inconvénient de ces résonateurs est d'ordre dimensionnel puisque la fabrication de tels panneaux nécessite une précision d'usinage au moins au 1/20 de millimètre pour des diamètres de conduit ne dépassant pas les 3.5 mm et un rapport de forme pouvant atteindre 1:15. Le coût élevé d'une telle fabrication et la durée de vie réduite de ces panneaux à cause de l'obstruction des conduits (ou plutôt capillaires) constituent le frein principale à l'utilisation de cette technique.

[0006] On connait un autre type de panneaux absorbants à résonances, lesquels sont également constitués de résonateurs de type Fabry-Perot. Ces résonateurs se présente sous la forme de conduits dont la longueur effective correspond au 1/4 de la longueur d'onde pour laquelle l'absorption est la plus élevée. Il s'agit également d'un type de résonateur dont la caractéristique d'absorption à la forme d'une résonance de Lorentz. Mais, contrairement aux résonateurs de type Helmholtz, il est possible d'ajuster la fréquence de résonance et le facteur de qualité d'une manière indépendante. En effet, la longueur effective du conduit est le seul paramètre qui fixe la fréquence de résonance. Le facteur de qualité peut alors être ajusté par le biais de la section du conduit. De cette manière, on peut cibler des fréquences très basses en fabricant des conduits très longs mais repliés suffisamment de fois pour être implanté dans une faible épaisseur de panneau.

[0007] Dans ce cas encore, un dimensionnement uniforme des résonateurs d'un panneau absorbant entrave l'élargissement de la bande fréquentielle. La technique de la diversification des résonateurs est également utilisée pour élargir la bande fréquentielle d'absorption de ces résonateurs.

[0008] La limitation de cette méthode réside dans le lien de proportionnalité direct qu'il y a entre le facteur de qualité de chacun des résonateurs diversifiés et le taux d'absorption α qu'ils induisent à leur fréquence de résonance respective. Ainsi, pour obtenir une absorption acoustique constante sur toute une bande fréquentielle, il faut optimiser d'une manière simultanée l'air de la section de chaque conduit pour maximiser son taux d'absorption α et également la longueur de conduit pour que les fréquences de résonance restent suffisamment voisines. Cela a pour effet direct l'augmentation du nombre de résonateurs élémentaires nécessaires pour garantir une absorption maximale sur la bande fréquentielle visée. De ce fait, cette dernière aura comme limite l'épaisseur maximale permise du panneau absorbant.

[0009] Une autre technique est la superposition des couches absorbantes qui vise notamment à conjuguer de manière additive les performances acoustiques des différentes couches. Ces dernières étant souvent de natures distinctes. C'est le cas, par exemple, des structures qui associent une couche de matériau intrinsèquement absorbant comme les mousses, les laines et les matériaux fibreux avec une autre couche constituée de résonateurs acoustiques sous la forme d'un fond de caisse ou de plusieurs cavités. Cette technique est souvent présentée comme un artifice visant à rehausser l'efficacité du matériau intrinsèquement absorbant. On peut également présenter les choses différemment en affirmant que c'est l'apposition d'une fine couche d'absorbant intrinsèque (une mousse, en l'occurrence) sur une structure de résonateurs judicieusement dimensionnés qui améliore l'absorption d'une telle structure composite. Cette technique est donc une amélioration des précédentes techniques puisqu'elles consistent à couvrir d'une couche de matériau poreux (le plus souvent une mousse) un panneau de résonateurs acoustiques de type Fabry-Perot ou Helmholtz couplés transversalement. Cela permet d'élargir suffisamment la bande de fréquence opérationnelle en lissant les ondulations du coefficient d'absorption. Ce dernier ayant été altéré en raison d'un choix de dimensionnement des résonateurs acoustiques qui favorise l'étendue de la bande de fréquence d'absorption sur le compte de la constance fréquentielle du coefficient d'absorption. Cette technique de superposition mixte de couches absorbantes (intrinsèquement ou pas) n'est pas envisageable dans les environnements décontaminés et purifiés et dans les milieu hostile (par exemple, température extrême et/ou humidité latente).

[0010] Dans la catégorie des absorbants acoustiques utilisant exclusivement des matériaux inertes, il existe une technique plus récente qui consiste à fabriquer des panneaux absorbants constitués de résonateurs membranaires. Ce type de résonateur est constitué d'une cavité d'air obstruée par une membrane sur laquelle est collée une pièce massive pour augmenter son inertie et cibler ainsi les basses fréquences.

[0011] Ce type d'absorbant acoustique présente des limitations non négligeables liées d'une part à la fragilité des membranes et d'autre part à la relative étroitesse de la bande de fréquences opérationnelles. En effet, les membranes ont une durée de vie limitée directement liée à la durée d'exposition et à la puissance sonore absorbée. Cela est aggravé par la pièce collée dessus et dont la masse augmente avec l'abaissement des fréquences ciblées.

[0012] Il n'existe donc pas de métamatériau acoustique absorbant qui puisse à la fois permettre de garder une efficacité d'absorption sonore maximale sur une bande passante significativement importante pour un encombrement réduit, et présenter une robustesse et une largeur de bande fréquentielle opérationnelle importante.

Résumé de l'invention

[0013] On propose une cellule élémentaire de métamatériau acoustique absorbant. La cellule élémentaire comprend une première couche comprenant un premier résonateur. Le premier résonateur forme un conduit comprenant une première ouverture d'entrée et une ouverture de sortie. La cellule élémentaire comprend en outre une deuxième couche comprenant un ou plusieurs résonateurs. Chaque résonateur de la deuxième couche forme une cavité comprenant une deuxième ouverture d'entrée reliée à l'ouverture de sortie du conduit du premier résonnateur de sorte que tout ou partie d'une onde sonore incidente reçue par la première ouverture d'entrée puisse pénétrer dans chaque résonateur de la deuxième couche via cette deuxième ouverture d'entrée.

[0014] La cellule élémentaire peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

• le premier résonateur présente en outre un taux d'absorption non nul étendu sur une bande fréquentielle Δf qui est centrée autour d'une fréquence caractéristique f₀ pour laquelle le coefficient d'absorption α₀(f=f₀) est maximal sur cette bande fréquentielle Δf, la valeur maximale étant, par exemple, inférieur à 30% ;
• chacun des uns ou plusieurs résonateurs de la deuxième couche présente en outre un taux d'absorption non nul étendu respectivement sur une bande fréquentielle Δf_k, plus étroite que la bande fréquentielle Δf, qui est centrée respectivement autour d'une fréquence caractéristique f_k pour laquelle le coefficient d'absorption α_k(f=f _k) est maximal sur cette bande fréquentielle Δf_k, la valeur maximale étant, par exemple, inférieur ou égal à 30% ;
• chacun des uns ou plusieurs résonateurs de la deuxième couche est dimensionné de manière à positionner sa fréquence caractéristique respective f _k sur un intervalle de fréquence Δf±δ où Δf est la bande fréquentielle du premier résonateur et δ représente une différence de fréquence minime ;
• le conduit de la première couche et/ou la cavité de la deuxième couche comprend au moins un conduit du type sélectionné parmi :
  • un tube ;
  • une chambre ;

de préférence le au moins un conduit du type tube comprend un ou plusieurs coudes ;

• le conduit de la première couche et/ou la cavité de la deuxième couche comprend au moins deux conduits montés en cascade, chaque conduit étant du type sélectionné parmi :
  • un tube ;
  • une chambre ;

de préférence au moins un des deux conduits est du type tube comprenant un ou plusieurs coudes ;

• au moins un des deux conduits est du type tube se prolongeant à l'intérieur d'un conduit du type tube ou chambre qui le précède ou qui lui succède ;
• tout ou une partie du conduit de la première couche a sensiblement la forme d'un prisme, de préférence le prisme étant un parallélépipède, un cube, un cylindre, un cône ou un prisme hexagonal ;
• tout ou une partie de la cavité de la première couche a sensiblement la forme symétriques ou régulière d'un cuboïde, un cylindre, un cône ou un prisme hexagonal, un parallélépipède, un cube ou un cylindre ;
• la deuxième ouverture d'entrée d'au moins une des cavités de la deuxième couche comprend en outre une extension qui s'étend dans le conduit de la première couche, de préférence l'extension étant droite ou repliée dans le conduit de la première couche ;
• le matériau de la première couche et/ou le matériau de la deuxième couche est du type sélectionné parmi :
  • un matériau rigide ;
  • un matériau mou ;
  • un matériau plein, de préférence sélectionné parmi un métal, un alliage, une céramique, une terre cuite, l'argile, le béton, une plaque de pierre naturelle ou artificielle, le plastique, le verre et un textile aggloméré ;
  • un matériau structuré de préférence sélectionné parmi les essences naturelles de bois et les bois dérivés ;
  • un matériau expansé, de préférence sélectionné parmi une pierre, une argile, un liège une matière plastique, un caoutchouc naturel, un caoutchouc synthétique et une résine ;
  • un matériau extrudé de préférence sélectionné parmi un métal un alliage et un polymère ;
  • un matériau malléable, de préférence sélectionné parmi un métal, un plastique, un bois naturel, un caoutchouc naturel, un caoutchouc synthétique, du papier, du carton ;
  • un matériau sensiblement non-absorbant acoustiquement ; et/ou
  • un matériau inerte ; et/ou
• la première couche est en contact contre la deuxième couche.

[0015] On propose également un panneau acoustique comprenant au moins une cellule élémentaire.

[0016] Le panneau acoustique peut être plat ou incurvé.

[0017] On propose également une plaque acoustique comprenant au moins un panneau acoustique, la plaque étant apte à être fixée sur une surface à insonoriser, de préférence un mur et/ou un plafond, de préférence la plaque est plate ou incurvée.

Description brève des dessins

[0018] Des modes de réalisation de l'invention vont être maintenant décrits au moyen d'exemples non-limitatifs de l'invention, et en référence aux figures, où :

FIG. 1 est un exemple, selon un plan [yz], d'une représentation générique de la constitution structurelle d'une cellule élémentaire selon l'invention ;

FIG. 2 est un exemple d'une coupe de la deuxième couche (couche profonde) de l'exemple de FIG. 1 selon un plan [xz] opérée suivant l'axe β_k ;

FIG. 3 est un exemple d'une coupe de la deuxième couche (couche profonde) de l'exemple de FIG. 1 selon un plan [xz] opérée suivant l'axe β_k ;

FIG. 4 est un exemple d'une coupe de la première couche (couche superficielle) de l'exemple de FIG. 1 selon un plan [xz] opérée suivant l'axe γ ;

FIG. 5 est un exemple d'une coupe de la première couche (couche superficielle) de l'exemple de FIG. 1 selon un plan [xz] opérée suivant l'axe γ ;

FIG. 6 est un exemple d'une coupe de la première couche (couche superficielle) de l'exemple de FIG. 1 selon un plan [xz] opérée suivant l'axe γ ;

FIG. 7 est un exemple d'une projection selon un plan [xz] d'un exemple d'une cellule élémentaire selon l'invention ;

FIG. 8 est un exemple d'une vue de l'exemple de la FIG. 7 ;

FIG. 9 est un exemple d'une vue d'un exemple d'un panneau acoustique comprenant des cellules élémentaires de la FIG. 7 ;

FIG. 10 est un exemple de coupes du panneau acoustique de la FIG. 9 ;

FIG. 11 est un graphe avec des exemples des valeurs calculées du coefficient d'absorption

α de la première couche d'une cellule élémentaire (courbe 1102), de la deuxième couche d'une cellule élémentaire (courbe 1101), d'une cellule élémentaire (courbe 1103) et des valeurs mesurées d'une plaque comportant plus d'un panneau absorbant (courbe 1105) en fonction de la fréquence d'une onde sonore incidente, mesuré en Hz ;

FIG. 12 est un exemple d'une projection selon un plan [xz] d'une cellule élémentaire selon l'invention ;

FIG. 13 est un exemple d'une vue de l'exemple de la FIG. 12 ;

FIG. 14 est un exemple d'une vue en perspective cavalière d'un panneau acoustique comprenant des cellules élémentaires de la FIG. 12 ;

FIG. 15 est un exemple de coupes du panneau acoustique de la FIG. 14 ;

FIG. 16 est un graphe avec des exemples des valeurs calculées du coefficient d'absorption

α de la première couche d'une cellule élémentaire (courbe 1602), de la deuxième couche d'une cellule élémentaire (courbe 1601), d'une cellule élémentaire (courbe 1603) et des valeurs mesurées d'une plaque comportant plus d'un panneau absorbant (courbe 1605) en fonction de la fréquence d'une onde sonore incidente, mesuré en Hz ;

FIG. 17 est une photo d'un exemple d'une représentation générique d'une plaque comprenant au moins un panneau correspondant au panneau représenté FIG. 14.

FIG. 18 est un exemple d'une projection selon un plan [xz] d'une cellule élémentaire selon l'invention ;

FIG. 19A, FIG. 19B et FIG. 19C sont des exemples de la cellule élémentaire de la FIG. 18 qui montrent une vue de dessus de la cellule, une vue en perspective transparente de la cellule et une vue en perspective de l'évidement de la cellule, respectivement ;

FIG. 20 est un graphe avec des exemples des valeurs calculées du coefficient d'absorption α de la première couche d'une cellule élémentaire (courbe 2002), de la deuxième couche d'une cellule élémentaire (courbe 2001), d'une cellule élémentaire (courbe 2003) et des valeurs mesurées d'un panneau acoustique (courbe 2005) en fonction de la fréquence d'une onde sonore incidente, mesuré en Hz ;

FIG. 21 est un exemple d'une projection selon un plan [xz] d'une cellule élémentaire selon l'invention ;

FIG. 22A, FIG. 22B et FIG. 22C sont des exemples de la cellule élémentaire de la FIG. 21 qui montrent une vue de dessus de la cellule, une vue en perspective transparente de la cellule et une vue en perspective de l'évidement de la cellule respectivement ;

FIG. 23 est un graphe avec des exemples des valeurs calculées du coefficient d'absorption α de la première couche d'une cellule élémentaire (courbe 2302), de la deuxième couche d'une cellule élémentaire (courbe 2301), d'une cellule élémentaire (courbe 2303) et des valeurs mesurées d'un panneau acoustique (courbe 2305) en fonction de la fréquence d'une onde sonore incidente, mesuré en Hz.

Description détaillée de l'invention

[0019] La présente invention concerne une cellule élémentaire de métamatériau acoustique absorbant. La cellule élémentaire comprend une première couche comprenant un premier résonateur. Le premier résonateur forme un conduit comprenant une première ouverture d'entrée et une ouverture de sortie. La cellule élémentaire comprend en outre une deuxième couche comprenant un ou plusieurs résonateurs. Chaque résonateur de la deuxième couche forme une cavité comprenant une deuxième ouverture d'entrée reliée à l'ouverture de sortie du conduit du premier résonnateur de sorte que tout ou partie d'une onde sonore incidente reçue par la première ouverture d'entrée puisse pénétrer dans chaque résonateur de la deuxième couche via cette deuxième ouverture d'entrée.

[0020] La présente invention permet donc de répondre aux besoins évoqués ci-dessus. En particulier, l'invention propose un dispositif servant à l'amélioration de l'acoustique et du confort sonore d'une manière simple et efficace. Ceci est réalisé par une cellule élémentaire de métamatériau acoustique absorbant comprenant une première couche et une deuxième couche qui sont couplées de telle sorte qu'une onde sonore incidente peut pénétrer dans la cellule élémentaire via la première couche et finir sa course après avoir pénétrée dans la deuxième couche via leurs conduits respectifs. Le fait d'avoir une première couche couplée avec une deuxième couche, et donc d'avoir les résonnateurs de la deuxième couche qui sont montés en cascade avec le résonnateur de la première couche (c'est-à-dire, les résonateurs peuvent être représentés par des quadripôles d'impédance), crée un couplage longitudinal qui permet de profiter de la largeur de la bande fréquentielle du résonateur de la première couche et en même temps du rehaussement du taux d'absorption apportée par les résonateurs de la deuxième couche. Cela correspond à une adaptation d'impédance acoustique dont l'efficacité est due au fait que la première couche se comporte comme un résonateur acoustique à faible coefficient de qualité avec une forte valeur d'inertance acoustique, pendant que la deuxième couche réagit en multiple résonateurs à forte valeur de compliance qui sont distribués sur une bande de fréquence opérationnelle élargie. Combiné, ces deux éléments se comportent comme un résonateur acoustique effectif possédant une plage de résonance étendue dans laquelle l'impédance effective est très proche de celle de l'air. Par conséquent, le métamatériau acoustique absorbant permet d'obtenir un taux d'absorption α optimale pour une large bande de fréquence. En outre, les deux couches qui composent ce métamatériau acoustique absorbant ont, chacune prise à part, des performances exigées très limitées qui autorisent ainsi un encombrement très faible. Cela a pour conséquence une réduction significative de l'encombrement d'un tel dispositif d'absorption acoustique large bande à basse fréquence.

[0021] Une « cellule élémentaire » désigne un élément unitaire qui peut être positionnée avec d'autres éléments unitaires, pour former, par exemple, un panneau acoustique, ou éventuellement, une plaque acoustique.

[0022] Un « métamatériau acoustique absorbant » désigne un métamatériau développé pour manipuler et faire dissiper une onde sonore incidente dans une épaisseur sub-longueur d'onde.

[0023] Un « résonateur » est synonyme par la suite de l'expression : résonateur acoustique.

[0024] Un « conduit » désigne un canal acoustique que l'onde sonore incidente ou réfléchie traverse. Le conduit désigne un volume vide qu'une onde sonore (appelé également « onde acoustique ») peut accéder pour s'y propager, en entrant par une ouverture d'entrée et sortant par une ouverture de sortie, c'est-à-dire le conduit a deux ouvertures acoustiques. Ici « vide » signifie un espace sans matériau formant le résonnateur ; on comprend donc que le conduit comprend de l'air ou tout gaz permettant à une onde acoustique de se propager. Le conduit de la première couche peut comprendre au moins un conduit du type sélectionné parmi un tube et une chambre. De préférence, le au moins un conduit du type tube peut comprendre un ou plusieurs coudes dans la première couche. Le conduit de la première couche peut comprendre au moins deux conduits montés en cascade (c'est-à-dire, en empilement successif), chaque conduit étant du type sélectionné parmi un tube, une chambre. De préférence, au moins un des deux conduits peut être du type tube comprenant un ou plusieurs coudes dans la première couche. Additionnellement ou alternativement, au moins un des deux conduits peut être du type tube se prolongeant à l'intérieur d'un conduit du type tube ou chambre qui le précède ou qui lui succède. Tout ou une partie du conduit de la première couche peut avoir sensiblement la forme d'un prisme, de préférence le prisme étant un parallélépipède, un cube, un cylindre, un cône ou un prisme hexagonal.

[0025] Une « ouverture d'entrée » désigne une ouverture acoustique qui permet à une onde sonore incidente d'entrer dans un résonateur.

[0026] Une « ouverture de sortie » désigne une ouverture acoustique qui permet à une onde sonore incidente de sortir d'un résonateur. Ici une « ouverture acoustique » désigne un accès permettant à une onde sonore incidente de pénétrer dans un résonateur ou à une onde sonore réfléchie de sortir du résonateur. La surface S_[AB](λ) d'une ouverture acoustique désigne l'aire de la section du conduit ou de la cavité pour lesquels cette ouverture donne accès. Cette aire peut changer et évoluer le long du conduit ou de la cavité en allant du point A jusqu'au point B, les points A et B étants des points arbitraires sur la longueur du conduit ou de la cavité. La variable λ représente une position entre A et B, le long du conduit ou de la cavité ; il s'agit de la position le long du trajet d'une onde sonore propagative (par exemple une onde sonore incidente). La forme et les dimensions de la section du conduit ou de la cavité peuvent ainsi varier entre l'ouverture d'entrée du conduit (ou de la cavité) et l'ouverture de sortie du conduit (ou le fond de la cavité). La longueur effective Λ_[ABL] désigne la longueur perçue par l'onde sonore en se propageant du point A vers le point B le long du trajet de longueur L. Cette longueur diffère de L en raison des effets thermo visqueux de l'air et de la variation de l'aire de la section le long du trajet acoustique.

[0027] Une « cavité » désigne un volume vide auquel l'onde a accès pour s'y propager et se réfléchir en sortant par le même accès. C'est donc un conduit obstrué. La cavité peut être constituée d'une succession de tubes et de chambres avec une seule ouverture acoustique, c'est-à-dire qu'une seule ouverture d'entrée. Ici « vide » signifie un espace sans matériau formant le résonnateur ; on comprend donc que la cavité comprend de l'air ou tout gaz permettant à une onde acoustique de se propager. La cavité peut avoir diverses formes symétriques ou régulières comme par exemple un cuboïde, un cylindre, un cône, un prisme, de préférence le prisme étant un parallélépipède ou un prisme hexagonal, un cube ou un cylindre. Au moins une cavité de la deuxième couche peut comprendre au moins un conduit du type sélectionné parmi un tube et une chambre. De préférence, le au moins un conduit du type tube peut comprendre un ou plusieurs coudes dans la deuxième couche. Comme pour le conduit, au moins une cavité de la deuxième couche peut comprendre au moins deux conduits montés en cascade du type sélectionnés parmi un tube, une chambre. De préférence, au moins un des deux conduits peut être du type tube comprenant un ou plusieurs coudes dans la deuxième couche, et encore de préférence au moins un des deux conduits peut être du type tube se prolongeant à l'intérieur d'un conduit du type tube ou chambre qui le précède ou qui lui succède.

[0028] Le volume définit par la cavité peut être un volume effectif égale à V_[ABL] qui diffère du calcul purement géométrique selon le produit de forme S_[AB](λ) ×Λ_[ABL]. De même, le rapport entre la longueur d'onde sonore considéré et les dimensions de la cavité ou du conduit peut être biaisé ; tout cela en lien avec les propriétés thermo visqueuses de l'air ou du fluide considéré.

[0029] Une « chambre » désigne un conduit de rapport de forme S_[AB](λ)/Λ_[ABL] global élevé (le terme « global » désignant un calcul effectué par intégration sur tout le domaine de définition de lambda, ou de A à B). C'est-à-dire, une chambre est un conduit comprenant une section de conduit plus grande, et même considérablement plus grande, que la longueur perçue par l'onde sonore en se propageant du point A vers le point B le long du trajet de longueur L.

[0030] Un « tube » désigne un conduit de rapport de forme S_[AB](λ)/Λ_[ABL] faible. C'est-à-dire, un tube est un conduit comprenant une section de conduit égale à ou plus petit que, et même considérablement plus petit que, la longueur perçue par l'onde sonore en se propageant du point A vers le point B le long du trajet de longueur L.

[0031] Une « couche » désigne une structure composée d'au moins un résonateur acoustique pour former un métamatériau acoustique. Le ou les résonateurs acoustiques composant la première et la deuxième couche peuvent être de même nature ou bien différents (par exemple, Helmholtz, Quart-d'onde, ou un conduit ou une cavité comprenant au moins deux conduits montés en cascade). Une « première couche » désigne la couche par laquelle pénètre l'onde sonore dans la cellule élémentaire. Une « deuxième couche » désigne la couche dans laquelle l'onde sonore finit sa course après être passée par la première couche.

[0032] La FIG. 1 montre un exemple d'une coupe, selon un plan [yz], d'une cellule élémentaire 109 de métamatériau acoustique absorbant comprenant une première couche 101 (appelée aussi la couche superficielle) et une deuxième couche 102 (appelée aussi la couche profonde). La première couche 101 est celle qui reçoit en premier l'onde incidente à atténuer qui pénètre dans le métamatériau par la première ouverture d'entrée 112. La première couche 101 comprend un premier résonateur 103. Le premier résonateur 103 forme un conduit comprenant une première ouverture d'entrée 112 et une ouverture de sortie 124a, 124b, 124c, 124d, 124e. La première ouverture d'entrée 112 donne à l'onde sonore incidente un accès à ce premier résonateur 103 et donc à cette première couche 101. La première ouverture d'entrée 112 peut être plate sur la surface du premier résonateur (c'est-à-dire, sans une extension vers l'extérieur du résonateur 103) pour réduire l'épaisseur du métamatériau absorbant. Le premier résonateur 103 forme un conduit qui, dans cet exemple, comprend une composition d'un tube 111 suivi d'une chambre 116, la première ouverture d'entrée 112 étant apte à recevoir une onde sonore incidente provenant de l'extérieur. Il s'agit là d'un exemple où le conduit formé par le résonateur 103 de la couche superficielle 101 est une succession de conduits (c'est-à-dire, des conduits montés en cascade). Une telle succession de conduits peut avoir une forme de section qui évolue entre le tube 111 et la chambre 116. En effet, le tube 111 de longueur « l » peut accéder dans la chambre 116 avec un prolongement dans la chambre 116 d'une longueur de « l-l_e », l_e étant l'épaisseur de la paroi 128 séparant le résonateur 103 de la première couche 101 et le milieu produisant l'onde acoustique à absorber. La première ouverture d'entrée 112 du conduit peut être sensiblement confondue avec la surface extérieure de la première couche 101. Le tube 111 peut déboucher (ou « se prolonger ») dans la chambre 116 du conduit de la première couche 101. Le tube 111 peut être droit ou replié dans la première couche 101. C'est-à-dire, le conduit peut comprendre un ou plusieurs coudes (ou est « replié ») dans la première couche 101. Le tube 111 peut être replié dans la chambre 116. Le tube 111 peut être droit dans la chambre 116. Le tube 111 peut être confondu (c'est-à-dire, le tube 111 peut se joindre à la chambre de façon régulière au lieu de déboucher dans la chambre 116) avec la chambre 116 pour que le conduit entier soit replié dans la première couche 101.

[0033] La deuxième couche 102 de la FIG. 1 comprend, dans cet exemple, cinq résonateurs acoustiques 104a, 104b, 104c, 104d, 104e. Chaque résonateur 104a, 104b, 104c, 104d, 104e de la deuxième couche 102 forme une cavité. Chaque cavité comprend une deuxième ouverture d'entrée 115a, 115b, 115c, 115d, 115e reliée à l'ouverture de sortie 124a, 124b, 124c, 124d, 124e du conduit du premier résonnateur 103 de sorte que tout ou partie d'une onde sonore incidente reçue par la première ouverture d'entrée 112 puisse pénétrer dans chaque résonateur 104a, 104b, 104c, 104d, 104e de la deuxième couche via cette deuxième ouverture d'entrée 115a, 115b, 115c, 115d, 115e. Chaque cavité peut comprendre un conduit sous la forme d'un tube 118a, 118b, 118c, 118d, 118e. Additionnellement ou alternativement, la cavité peut comprendre un conduit sous la forme d'une chambre. Additionnellement ou alternativement, la cavité peut comprendre au moins un conduit du type sélectionné parmi un tube, une chambre. On comprendra que le nombre de résonnateurs acoustiques de la deuxième couche 102 peut varier selon les exemples.

[0034] Toujours dans l'exemple de la FIG. 1, la première couche 101 est disposée contre la deuxième couche 102, c'est-à-dire que la première couche 101 est en contact contre la deuxième couche 102. Dans des exemples, une ou plusieurs couches de matériaux peuvent être intercalées entre la première et la deuxième couche 101, 102 ; dans ce cas la première couche 101 n'est plus en contact (direct) contre la deuxième couche 102. On comprendra que la première et/ou la deuxième couche peuvent comprendre une ou plusieurs sous-couches. En d'autres termes, la première et/ou la deuxième couches peuvent très bien être constituées de plusieurs strates ; par exemple, en raison de la forme des conduits qui changent sur plusieurs strates mais qui sont pourtant dans une même couche. On comprendra également que quelle que soit la constitution de la première et la deuxième couche, la première couche présente une forte inertance et la deuxième couche présente une forte compliance. Chaque résonateur de la deuxième couche 102 comprend une deuxième ouverture d'entrée 115a, 115b, 115c, 115d, 115e débouchant dans la chambre 116 du premier résonnateur 103 de la première couche 101. La deuxième ouverture d'entrée 115a, 115b, 115c, 115d, 115e permet la propagation d'une onde acoustique. Ainsi, l'onde sonore incidente reçue par le premier résonnateur 103 est propagée vers l'ensemble des résonateurs 104a, 104b, 104c, 104d, 104e de la deuxième couche. De même, l'onde sonore réfléchie par le fond des cavités de la deuxième couche 102 peut être propagée à travers le premier résonateur 103 jusqu'à la première ouverture d'entrée 112 de la cellule élémentaire 109. De façon similaire à ce qui a été décrit pour le résonateur 103 de la première couche 101 formant un conduit, au moins un parmi les uns ou plusieurs cavités formées par les uns ou plusieurs résonateurs 104a, 104b, 104c, 104d, 104e de la deuxième couche 102 peut comprendre une succession de conduits de différentes formes emboités (c'est-à-dire, « empilés » ou « en cascade ») d'une manière continue ou discontinue. Deux différences subsistent néanmoins dans cette similitude : (i) les résonateurs 104a, 104b, 104c, 104d, 104e de la deuxième couche 102 correspondent à des cavités et sont donc obstrués et (ii) comme montré dans la FIG. 1, chaque cavité formée par chaque résonateur 104a, 104b, 104c, 104d, 104e peut avoir une deuxième ouverture d'entrée 115a, 115b, 115c, 115d, 115e unique (et une ouverture acoustique unique) qui peut déboucher l'une comme les autres dans le conduit de la première couche 101 avec une extension 117a, 117b, 117c, 117d, 117e de longueurs « p_k=1..n ». En effet, la deuxième ouverture d'entrée 115a, 115b, 115c, 115d, 115e d'au moins une des cavités de la deuxième couche 102 peut comprendre une extension 117a, 117b, 117c, 117d, 117e qui s'étend dans le conduit de la première couche 101. Additionnellement, l'extension 117a, 117b, 117c, 117d, 117e peut être droite ou repliée (ou peu comprendre des « coudes ») dans le conduit de la première couche 101. Une telle extension 117a, 117b, 117c, 117d, 117e peut être choisie pour des raisons d'optimisation dimensionnelle et de performances acoustiques. Additionnellement ou alternativement, au moins une cavité de la deuxième couche 102 peut comprendre au moins deux conduits montés en cascade du type sélectionné parmi un tube, une chambre. Au moins un des deux conduits peut être du type tube, comprenant un ou plusieurs coudes dans la deuxième couche 102. Au moins un des deux conduits peut être du type tube qui se prolonge à l'intérieur d'un conduit du type tube ou chambre qui le précède ou qui lui succède. Au moins un des conduits peut être replié sur tout ou une partie du résonateur 103 de la première couche 101.

[0035] La deuxième ouverture d'entrée 115a, 115b, 115c, 115d, 115e de chaque résonateur 104a, 104b, 104c, 104d, 104e de la deuxième couche 102 reliée à l'ouverture de sortie 124a, 124b, 124c, 124d, 124e du conduit du premier résonnateur 103 permet chaque résonnateur de la deuxième couche 102 à comprendre une cavité 118a, 118b, 118c, 118d, 118e reliée vers l'extérieur (en dehors de la cellule) via le résonnateur 103. Les ouvertures acoustiques 115a, 115b, 115c, 115d, 115e des résonateurs 104a, 104b, 104c, 104d, 104e de la deuxième couche 102 sont donc un accès vers la deuxième couche 102 pour une onde acoustique qui a traversé la première couche 101. De cette manière, on peut conjuguer l'effet réactif des résonateurs 104a, 104b, 104c, 104d, 104e de la deuxième couche 102 à l'effet inertiel du résonateur acoustique 103 de la première couche 101. Tout ou une partie du conduit de la première couche 101 peut avoir sensiblement la forme d'un prisme, de préférence le prisme étant un parallélépipède, un cube, un cylindre, un cône ou un prisme hexagonal. Par exemple, la chambre 116 peut avoir sensiblement la forme d'un prisme, de préférence le prisme étant un parallélépipède, un cube, un cylindre ou un prisme hexagonal. La forme de tout ou une partie du conduit de la première couche 101 peut être choisie pour occuper le maximum du volume qui lui est alloué sur de la cellule élémentaire 109. La forme n'a intrinsèquement qu'un impact limité pour le traitement des fréquences basse (par exemple <1KHz). Par exemple, si la cellule élémentaire 109 a une forme hexagonale, une cavité hexagonale peut permettre de profiter du plus gros espace possible de la cellule élémentaire 109. Dans ce cas, la deuxième couche 102 pourrait comprendre six résonateurs et avoir une forme triangulaire. La forme des uns ou plusieurs conduits de chaque cavité de la deuxième couche 102 peut être choisie également en fonction de la fréquence visée pour chaque résonateur 104a, 104b, 104c, 104d, 104e formant chaque cavité. Alternativement, au lieu d'être circonscrites à la bande de fréquence visée pour l'ensemble de la cellule élémentaire 109, ces fréquences de résonances individuelles peuvent avoir des valeurs de fréquence plus élevées ou plus basses.

[0036] Dans des exemples, une ou plusieurs des cavités de la deuxième couche 102 peuvent avoir au moins un conduit qui a, par exemple, sans être limité à, sensiblement la forme d'un prisme, de préférence le prisme étant un parallélépipède, un cube, un cône, un cylindre ou un prisme hexagonal. La forme des dites un ou plusieurs conduits des cavités de la deuxième couche 102 peut être choisie pour occuper le maximum du volume de la cellule élémentaire 109, notamment de la deuxième couche 102. Cela peut se faire grâce au coudes (ou « repliement ») ou à une succession de coudes de conduits de formes différentes.

[0037] Quelle que soit sa forme, le conduit de la première couche 101 (c'est à dire le conduit formé par le premier résonateur de la première couche 101) donne accès à n résonateurs 104a, 104b, 104c, 104d, 104e qui se trouvent dans la deuxième couche 102. La deuxième couche 102 peut avoir une épaisseur d et une surface caractéristique S_[wz]. Ces résonateurs 104a, 104b, 104c, 104d, 104e la deuxième couche 102 forment des cavités, chacun ayant la forme d'un conduit obstrué. Chaque résonateur n°k (avec k = 1..n) peut avoir une longueur effective l_k et une ouverture acoustique d'une surface égale à S_k(λ). La variation de la géométrie de chaque résonateur de la deuxième couche 102, d'un bout à l'autre peut rapprocher la forme, par exemple, d'un résonateur 104a, 104b, 104c, 104d, 104e de celle d'un résonateur de type Helmholtz ou d'un résonateur de type Fabry-Perot. En effet, la notation S_k(λ), désigne une section de conduit qui est une fonction de la position λ>0 le long du conduit jusqu'au fond obstrué (λ =l_k).

[0038] Comme déjà dit plus haut, le conduit de la première couche 101 peut comprendre au moins deux conduits montés en cascade, chaque conduit étant du type sélectionné parmi un tube, une chambre. L'ouverture d'entrée 112 donne à l'onde sonore incidente un accès vers la première couche 101 et le conduit de type tube 111 relie l'ouverture d'entrée 112 au conduit de type chambre 116. Comme montré dans la FIG. 1, au moins un des deux conduits de type tube 111 peut être droit dans la première couche 101. Additionnellement ou alternativement, au moins un des deux conduits peut être du type tube 111 comprenant un ou plusieurs coudes dans la première couche 101. Additionnellement ou alternativement, un des conduits peut prendre simplement la forme d'un tube 111 de longueur égale à l'épaisseur de la paroi externe de la cellule 109 donnant ainsi un accès direct au conduit qui lui succède, par exemple à la chambre 116. Additionnellement ou alternativement, au moins un des deux conduits peut être du type tube 111 qui se prolonge à l'intérieur d'un conduit du type tube 111 ou chambre 116 qui le précède ou qui lui succède.

[0039] Dans l'exemple de la FIG. 1, le tube 111 se prolonge à l'intérieur de la chambre 116. Avec la chambre 116, ils peuvent représenter le premier résonateur 103 de la première couche 101, de la forme d'un résonateur Helmholtz à fond percé. La fréquence centrale et la largeur de bande d'un tel résonateur sont liées, entre autres, au ratio longueur par rapport à la largeur du conduit de type tube 111 et au volume du conduit de type chambre 116. Alternativement, le conduit de la première couche 101 peut comprendre un seul conduit de type tube 111. Le tube 111 peut être dimensionner pour ne constituer que le début d'un long tube à qui on donne une forme de tube replié comme cela est illustré dans l'exemple représenté par la FIG. 6. Le résonnateur de la première couche 101 peut être dimensionné différemment de manière à avoir exactement la même réponse acoustique avec une différence majeur au niveau du rapport de remplissage de la façade de la cellule 109. En effet, le choix d'un résonateur 103 sous la forme d'un conduit comprenant un conduit de type petit tube 111 (également appelé « canal ») donnant accès à un conduit de type chambre 116 volumineuse permet de réduire le rapport entre la surface de l'ouverture d'entrée du conduit et la surface totale de la façade. Le résonateur en forme de conduit comprenant au moins un conduit de type tube replié dans la couche 101 peut présenter une ouverture acoustique plus importante qui peut donner lieu à un avantage esthétique. Ce dernier cas de dimensionnement du résonateur de la première couche a l'avantage d'être moins exigeant d'un point de vue de la précision d'usinage. En effet, la fréquence centrale et la largeur de bande peut être très sensible au ratio ouverture acoustique sur longueur de canal dans le cas où le conduit comprend un conduit de type tube 111 donnant accès à une chambre 116 volumineuse. Dans le cas d'un long tube replié, la fréquence centrale est liée à la longueur effective du tube pendant que la largeur de bande est reliée à l'ouverture acoustique. Ces deux dimensions peuvent avoir une tolérance élevée de l'erreur ou de la précision d'usinage.

[0040] Une cellule élémentaire selon l'invention, par exemple telle que représentée dans l'exemple de la FIG.1, permet des performances décuplées qui vont bien au-delà du simple cumul des niveaux d'absorption de chacune des deux couches de résonateurs acoustiques. En effet, la première couche 101 et la deuxième couche 102 sont agencées de telle sorte que les résonateurs 104a, 104b, 104c, 104d, 104e de la deuxième couche peuvent recevoir l'onde sonore incidente après qu'elle est traversée le résonateur 103 de la première couche 101. Le fait d'avoir plusieurs résonateurs 104a, 104b, 104c, 104d, 104e dans la deuxième couche constitue un couplage transversal dans la deuxième couche. Cette deuxième couche, prise seule, présente une absorption très faible comme indiqué par 1101 dans FIG. 11. Le résonateur 103 de la première couche, pris également seul, présente une absorption acoustique très faible comme indiqué par 1102 dans FIG. 11. La première couche 101 et la deuxième couche 102 sont agencées de telle sorte qu'un couplage longitudinale ou un montage en cascade peut être réalisé entre le résonateur 103 de la première couche et les résonateurs de la deuxième couche 104a, 104b, 104c, 104d, 104e, qui produit une absorption acoustique étendue comme cela est démontré par 1103 dans FIG. 11. Les effets de ce couplage se traduisent par l'allongement de la bande de fréquence où l'absorption est maintenue à un niveau maximal. Pour ce faire, un dimensionnement optimal et unique est préféré. Un dimensionnement spécifique de la cellule élémentaire 109 peut être d'abord opéré pour cibler la fréquence centrale et la largeur de bande visées, tout en respectant certaines contraintes géométriques (par exemple, l'épaisseur des couches 101, 102, la surface caractéristique de la cellule 109, ainsi que divers critères concernant, notamment, le ratio ouverture acoustique sur surface caractéristique). Les résonateurs 104a, 104b, 104c, 104d, 104e de la deuxième couche 102 peuvent être dimensionnés de manière à ajuster le coefficient d'absorption sur toute la largeur fréquentielle ciblée. Le premier résonnateur 103 est un résonateur acoustique qui peut présenter une impédance avec une forte inertie alors que les uns ou plusieurs résonateurs 104a, 104b, 104c, 104d, 104e de la deuxième couche 102 peuvent être des résonateurs acoustiques avec une impédance acoustique qui présente une forte compliance.

[0041] Ainsi, en obtenant un couplage longitudinal grâce aux deux couches 101, 102, les résonateurs 103, 104a, 104b, 104c, 104d, 104e des deux couches 101, 102 forment une partie inertielle et une partie compliante qui se neutralisent pour présenter une impédance proche de celle de l'air (ou du gaz utilisé en remplacement) sur la largeur de bande fréquentielle ciblée par la cellule unitaire 109. Grâce à cette conception, chacune des deux couches 101, 102 n'a pas besoin d'être individuellement dimensionnée pour maximiser le coefficient d'absorption acoustique. Par conséquent, une réduction très sensible de l'encombrement de la cellule élémentaire 109 est obtenue. Le premier résonateur peut présenter un taux d'absorption non nul étendu sur une bande fréquentielle Δf qui est centrée autour d'une fréquence caractéristique f₀ pour laquelle le coefficient d'absorption α₀(f=f₀) est maximal sur cette bande fréquentielle Δf, la valeur maximale étant, par exemple, inférieur à 30%. Chacun des uns ou plusieurs résonateurs de la deuxième couche 102 peut présenter un taux d'absorption non nul étendu respectivement sur une bande fréquentielle Δf_k, plus étroite que la bande fréquentielle Δf, qui est centrée respectivement autour d'une fréquence caractéristique f_k pour laquelle le coefficient d'absorption α_k(f=f_k) est maximal sur cette bande fréquentielle Δf_k, la valeur maximale étant, par exemple, inférieur ou égal à 30%. Chacun des uns ou plusieurs résonateurs de la deuxième couche 102 peut être dimensionné de manière à positionner sa fréquence caractéristique respective f_k sur un intervalle de fréquence Δf ± δ où Δf est la bande fréquentielle du premier résonateur 103 et δ représente une différence de fréquence minime. C'est-à-dire, δ est une tolérance sur la bande fréquentielle Δf, f_k étant la fréquence caractéristique respective sur un intervalle approximatif de celui de Δf.

[0042] Comme mentionné précédemment, ces deux couches de résonateurs 101, 102 permettent d'obtenir un couplage longitudinal pour permettre une adaptation d'impédance optimale donnant lieu à un niveau d'absorption α maximal allant, par exemple, entre 90% et 100%, ou entre 90% et 99%, pour une atténuation équivalente entre, par exemple, -10 dB et -20 dB. Les uns ou plusieurs résonateurs 104a, 104b, 104c, 104d, 104e de la deuxième couche 102 peuvent être positionnés pour comprendre une bande passante fréquentielle Δf_k et l'ensemble des bandes passantes fréquentielles Δf_k peuvent être sélectionnées pour qu'elles recouvrent sensiblement la bande passante fréquentielle Δf de la cellule avec une tolérance de ± δ. Des exemples des valeurs des coefficients d'absorption α₁ et α_k sont montrés dans les FIG. 11 et FIG. 16.

[0043] Dans la FIG. 11, les courbes 1101, 1102, 1103, 1104 correspondent à des résultats théoriques de calcul numérique pour une seule cellule élémentaire pour une incidence normale alors que la courbe 1105 correspond aux mesures de réduction du temps de réverbération en situation réelle pour une plaque d'une surface de 10,8 m², (c'est à dire, un assemblage comprenant au moins un panneau) constituée de 30 panneaux (voir FIG. 9, qui représente un panneau 700 de 10 cellules élémentaires 709) de 600mm × 600mm × 54mm de côté. La courbe 1104 est le résultat d'une intégration en tiers d'octaves de la réponse 1103 d'une seule cellule élémentaire. Les courbes d'absorption 1101 et 1102 correspondent, respectivement, à chacun des résonateurs de la deuxième couche et au résonateur de la première couche, toutes mesurées indépendamment. Les courbes 1103, 1104 montrent la résultante du couplage longitudinale obtenu par les deux couches.

[0044] Dans la FIG. 16, les courbes 1601, 1602, 1603, 1604 correspondent à des résultats théoriques de calcul numérique pour une seule cellule élémentaire pour une incidence normale alors que la courbe 1605 correspond aux mesures de réduction du temps de réverbération en situation réelle pour une plaque d'une surface de 10.8 m² (voir Fig. 17 qui montre une plaque qui a été utilisée pour les mesures en chambre de réverbération au CSTB -Centre Scientifique et Technique du Bâtiment-) constituée de 30 panneaux (voir par exemple, le panneau de la FIG. 14) de 600mm × 600mm × 111mm de côté. La courbe 1604 est le résultat d'une intégration en tiers d'octaves de la réponse 1603 d'une seule cellule élémentaire. Les courbes d'absorption 1601 et 1602 correspondent, respectivement, à chacun des résonateurs de la deuxième couche et au résonateur de la première couche, toutes mesurées indépendamment. Les courbes 1603, 1604 montrent la résultante du couplage longitudinale obtenu par les deux couches.

[0045] Dans la FIG. 20, les courbes 2001, 2002, 2003, 2004 correspondent à des résultats théoriques de calcul numérique pour une seule cellule élémentaire pour une incidence normale. La courbe 2005 correspond à des mesures dans un tube d'impédance avec une cross-section interne de 7 cm × 7 cm (aussi appelé tube de Kundt)pour un panneau constitué de 2 × 3 cellules élémentaires (3 × 23 mm et 2 × 34,5 mm pour rendre un panneau ayant des dimensions de 6,9 cm × 6,9 cm). La courbe 2004 est le résultat d'une intégration en tiers d'octaves de la réponse théorique 2003 d'une seule cellule unitaire. La courbe 2005 est issue de l'intégration en tiers d'octaves des résultats de mesures d'un panneau comportant 6 cellules unitaires. Les courbes d'absorption 2001 et 2002 correspondent, respectivement, à chacun des résonateurs de la deuxième couche 102 et au résonateur de la première couche, toutes calculées indépendamment. Les courbes 2003, 2004 montrent la résultante du couplage longitudinale obtenu par les deux couches.

[0046] Dans la FIG. 23, les courbes 2301, 2302, 2303, 2304 correspondent à des résultats théoriques de calcul numérique pour une seule cellule élémentaire pour une incidence normale. La courbe 2305 correspond à des mesures dans un tube d'impédance (aussi appelé tube de Kundt) pour un panneau constitué de cellules élémentaires. La courbe 2304 est le résultat d'une intégration en tiers d'octaves de la réponse théorique 2303 d'une seule cellule unitaire. La courbe 2305 est issue de l'intégration en tiers d'octaves des résultats de mesures d'un panneau de 6 cellules unitaires. Les courbes d'absorption 2301 et 2302 correspondent, respectivement, à chacun des résonateurs de la deuxième couche et au résonateur de la première couche, toutes calculées indépendamment. Les courbes 2303, 2304 montrent la résultante du couplage longitudinale obtenu par les deux couches.

[0047] Dans les FIG's. 11, 16, 20 et 23, on voit les courbes 1102, 1602, 2002 et 2302 pour le coefficient d'absorption théorique sous incidence normale dans la première couche. On voit aussi les courbes 1101, 1601, 2001 et 2301 pour le coefficient d'absorption théorique sous incidence normale dans la deuxième couche. Les courbes 1103, 1603, 2003 et 2303 montrent la performance théorique sous incidence normale de l'accumulation des performances des autres courbes 1101, 1102, 1601, 1602, 2001, 2002, 2301 et 2302. Chaque résonateur des deux couches ne dépasse pas dans ces exemples un taux d'absorption de 30%, ce qui correspond à un indice de réflexion en amplitude de plus de -1,5 dB. Toujours dans ces exemples, la configuration de la cellule élémentaire engendre une adaptation d'impédance donnant lieu à un niveau d'absorption maximal allant de α≃90% à α≃99% (une variation correspondant à la gamme de changement d'amplitude des « ripples » le long de la bande passante) pour une atténuation équivalente entre -10 dB et -20 dB, respectivement.

[0048] L'efficacité d'une telle adaptation d'impédance est due au fait que la première couche peut se comporter comme un résonateur acoustique avec une forte valeur d'inertance acoustique et un faible coefficient de qualité, pendant que la deuxième couche peut réagir en résonateur composite large bande à forte valeur de compliance. Combinés, ces deux éléments peuvent se comporter comme un résonateur acoustique effectif possédant une plage de résonance étendue dans laquelle l'impédance effective est très proche de celle de l'air.

[0049] La cellule élémentaire permet ainsi d'élargir la largeur de la bande fréquentielle où le taux d'absorption minimal visé est garanti en contournant les obstacles qui sont à l'origine des carences d'une solution d'absorbeurs basés sur un couplage transversal. En effet, avec le couplage longitudinal obtenu par la première couche et la deuxième couche, et comme montré par les FIG. 11, FIG. 16, FIG. 20 et FIG. 23, le niveau de l'absorption peut être amélioré considérablement. En outre, la combinaison des deux couches permet de lier, d'une manière exclusive, la largeur de bande de la cellule élémentaire à celle du résonateur de la première couche.

[0050] Les deux points de conception traditionnellement limitatifs que sont le coefficient de qualité et le niveau d'absorption à la résonance, sont utilisés à profit dans la présente invention. En effet, en considérant par exemple l'exemple de la FIG. 1, la première couche 101 qui affecte directement la largeur de la bande fréquentielle peut être conçue avec un premier résonateur 103 possédant une ouverture 111 acoustique très large sans être inquiété par les faibles niveaux d'absorption qui en résultent et de plus, la couche profonde 102 qui sert à rehausser ces niveaux est composés d'une série de résonateurs 104a, 104b, 104c, 104d, 104e avec de très faibles ouvertures acoustiques qui réduise son encombrement.

[0051] La cellule élémentaire selon l'invention permet de dépasser la dualité limitative qui lie la bande passante et le niveau de l'absorption des résonateurs connus couplés transversalement. En considérant, par exemple, l'exemple de la FIG. 1, le couplage longitudinal obtenu selon l'invention (c'est-à-dire que les résonnateurs 104a, 104b, 104c, 104d, 104e de la deuxième couche 102 sont montés en cascade (on pourrait également dire en série) avec le résonnateur 103 de la première couche 101) permet d'obtenir un couplage dans l'axe de propagation de l'onde incidente : les résonnateurs 104a, 104b, 104c, 104d, 104e de la deuxième couche 102 sont montés en cascade avec le résonnateur 103 de la première couche 101, et une onde incidente pénètre en premier dans la premier résonateur et pénètre ensuite dans les deuxièmes résonnateurs montés en cascade. Cela permet de construire une cellule élémentaire 109 qui se comporte comme un résonateur acoustique global, où l'inertance effective est principalement imposée par les dimensions des résonateurs de la première couche 101 et où la compliance effective est modelée par les résonateurs de la deuxième couche profonde 102 qui font face au résonateur de la première couche 101.

[0052] Une même signature d'absorption acoustique telle qu'une cellule élémentaire selon l'invention peut être obtenue avec une ou plusieurs choix dimensionnels. Comme montré dans les FIG.s 18 et 19A, 19B, 19C et les FIG.s 21 et 22A, 22B et 22C, la cellule élémentaire 1809 a une construction différente de celle de la cellule élémentaire 2109 puisque le résonateur 1803 de la première couche 1801 dans la cellule 1809 de la FIG. 18 et 19A, 19B et 19C a la forme d'un résonateur de Fabry-Perot alors que le résonateur 2103 de la première couche 2101 dans la cellule 2109 de la FIG. 21 et des FIGs. 22A, 22B et 22C a la forme d'un résonateur de Helmholtz à fond percé. Malgré cette différence de dimensions et de formes, la signature d'absorption acoustique 2003 et 2004 correspondant à la cellule élémentaire 1809 de la FIG. 18 et des FIGs. 19A, 19B et 19C est sensiblement équivalente à la signature d'absorption acoustique 2303 et 2304 correspondant à la cellule élémentaire 2109 de la FIG. 21 et des FIG's. 22A, 22B et 22C.

[0053] Les niveaux d'absorption α obtenus sont assimilables à ceux des matériaux intrinsèquement absorbants comme par exemple des laines, des mousses et des matériaux fibreux. Contrairement à ces solutions classiques d'absorption sonore, la cellule élémentaire peut permettre une telle efficacité d'absorption étendue aux basses fréquences avec des épaisseurs de cellule sub-longueur d'onde.

[0054] En considérant l'exemple de la FIG. 1, les mécanismes physiques induisant l'absorption acoustique dans la cellule élémentaire 109 peuvent être la conséquence de la structuration réalisée dans la masse des matériaux constitutifs de la cellule élémentaire 109. C'est-à-dire, l'absorption acoustique de la cellule élémentaire 109 peut être déterminée seulement en fonction de sa configuration géométrique plutôt que la nature absorbante des matériaux dont elle est constituée. Tout matériau solide (rigide ou mou) peut être valable pour réaliser la solution décrite dans cette invention.
Le matériau de la première couche 101 et/ou le matériau de la deuxième couche 102 peut être du type sélectionné parmi un matériau rigide, un matériau mou, un matériau plein, un matériau structuré, un matériau expansé, un matériau extrudé, un matériau malléable, un matériau sensiblement non-absorbant sonore ou acoustique et/ou un matériau inerte.

[0055] Un matériau « rigide » désigne un matériau qui n'est pas facile à comprimer, plier et/ou manipuler pendant la mise en œuvre de la cellule élémentaire 109. Dans des exemples, un tel matériau peut comprendre, mais n'est pas limité, le bois, les métaux et/ou le verre. Dans des exemples, toute la cellule élémentaire 109 peut comprendre un ou plusieurs matériaux rigides. Plusieurs matériaux rigides peuvent être assemblés sans colle (par exemple, à chaud, sous pression et/ou sous contrainte).

[0056] Un matériaux « mou » désigne un matériau qui se comprime, plie et/ou se manipule facilement. Un matériau mou peut avoir des propriétés entre ceux des liquides et des solides. Il peut, par exemple, avoir un module d'élasticité de Young entre 0,001 GPa et 0,1 GPa. Exemples d'un tel matériau peut inclure, sans limitation, un polymère. Plusieurs matériaux mous peuvent être assemblés sans colle (par exemple, à chaud et/ou sous pression).

[0057] Un matériau « plein » désigne un matériau qui ne comporte pas de vide ou qui a une faible valeur de porosité moins de 20%. Dans des exemples, un tel matériau peut comprendre, sans limitation, un métal, un alliage, une céramique, une terre cuite, l'argile, le béton, une plaque de pierre naturelle ou artificielle, le plastique, le verre et/ou un textile aggloméré.

[0058] Un matériau « structuré » désigne un matériau comportant un motif constituant. Dans des exemples, un tel matériau peut comprendre, mais n'est pas limité à, les essences naturelles de bois et les bois dérivés (par exemple, MDF (« medium densityfireboard »), et/ou agglomérés).

[0059] Un matériau « expansé » désigne un matériau qui a subi une opération physique et/ou thermique et/ou chimique pour augmenter son volume. Dans des exemples, un tel matériau peut comprendre, mais n'est pas limité à une pierre, une argile un liège, à une matière plastique, un caoutchouc naturel, un caoutchouc synthétique et/ou une résine.

[0060] Un matériau « extrudé » désigne un matériau qui a subi une opération thermomécanique ou mécanique le contraignant à traverser une matrice ou filière. Dans des exemples, un tel matériau peut comprendre, mais n'est pas limité à, un métal, un alliage et/ou un polymère.

[0061] Un matériau « malléable » désigne un matériau facilement influencé, ou facilement pliable. Un matériau malléable capable d'être martelé ou pressé en forme sans se casser ou se fissurer. Dans des exemples, un tel matériau peut comprendre, sans limitation, un métal, un plastique, un bois naturel, un caoutchouc naturel, un caoutchouc synthétique, du papier et/ou du carton.

[0062] Un matériau « sensiblement non-absorbant sonore ou acoustique » désigne un matériau au sein duquel la dissipation sonore ou acoustique est pratiquement nulle ou négligeable. Cependant, un tel matériau n'interdit pas la dissipation de la puissance sonore ou acoustique au niveau des interfaces entre le matériau et un autre matériau (l'air). La cellule élémentaire est un exemple de ce phénomène puisque cette cellule peut être construite entièrement d'un ou plusieurs matériaux sensiblement non-absorbants et peut permettre pourtant une absorption acoustique par dissipation thermo-visqueuse dans la fine couche d'aire qui est en contact avec les parois de la construction.

[0063] Un matériau « inerte » désigne un matériau inactif physiquement, chimiquement et/ou biologiquement. Dans des exemples, le matériau de la première couche et/ou le matériau de la deuxième couche peut être du type sélectionné parmi un matériau avec une détérioration structurelle très lente et une émission de particules et de poussières très faible.

[0064] Dans des exemples, le matériau de la première couche et/ou le matériau de la deuxième couche peut être du type sélectionné parmi les matériaux qui ne réagissent que très faiblement ou très lentement à des conditions particulières d'utilisation que sont la température ambiante, le taux d'humidité, la pression atmosphérique et le mélange gazeux de l'air.

[0065] La cellule élémentaire selon la présente invention offre une absorption acoustique meilleur que celle des matériaux actuels sur les basses fréquences. Cela, en conservant les propriétés de résistance mécanique, d'intégrité physico-chimique et sécurité sanitaire que les mousses, les laines et les matériaux fibreux sont dans l'incapacité de garantir.

[0066] Les FIG. 2 à FIG. 6 donnent des exemples de la première et deuxième couche de la FIG.1. La présente invention n'est pas limitée à ces exemples.

[0067] La FIG. 2 montre une forme générique possible parmi d'autres des résonateurs 204 de la deuxième couche 202. La deuxième ouverture d'entrée 215 du conduit de type tube 218 qui représente un de ces résonateurs 204 peut varier sur toute sa longueur. Le résonateur 204 de la deuxième couche 202 peut être de type quart-d'onde (c'est-à-dire un résonateur de type Fabry-Perot avec un fond obstrué). Cela, en partant de la partie intégrée dans le résonateur de la première couche (représentée que partiellement sur cette figure) à la partie intégrée à la deuxième couche 202. La variable dimensionnelle b_k représente la projection de l'ouverture acoustique sur le plan [xz] du résonateur numéro k parmi les n résonateurs de la deuxième couche 202.

[0068] La FIG. 3 montre une variante de la forme représentée dans la FIG. 2 pour laquelle le résonateur 304 de la deuxième couche 302 comprend une deuxième ouverture d'entrée 315 donnant accès à un conduit de type tube 318 comprenant des coudes qui débouche sur le conduit de type chambre 326 du résonateur numéro k. Comme mentionné précédemment, le tube 318 peut être replié pour augmenter la longueur du conduit afin d'ajuster la fréquence centrale et la largeur de bande du résonateur 304. Avec le tube 318, la chambre 326 forme un résonateur 304 de type Helmholtz.

[0069] La FIG. 4 montre une forme générique possible parmi d'autres du résonateur 403 de la première couche 401. Ce premier résonateur 403 forme un conduit comprenant une première ouverture d'entrée 412 et une ouverture de sortie 424. Ce résonateur 403 peut être constitué d'un conduit de type tube 411 donnant accès à un autre conduit de type tube 416. Les deux conduits de type tube 411, 416 peuvent être repliés dans la première couche. Ensemble, les deux tubes 411, 416 peuvent former un résonateur 403 de type Fabry-Perot. Les dimensions de ces tubes 411, 416 sont variables sur toutes leurs longueurs et peuvent, par exemple, se confondre dans certaines configurations (voir FIG. 6). Les variables dimensionnelles b et B représentent, respectivement, la projection sur le plan [xz] de l'ouverture acoustique du tube 411 et celle du tube 416 qui lui succède. Dans ce cas, le résonateur 403 de la première couche 401 correspond à un assemblage en cascade de deux conduits 411, 416, tous deux de type Fabry-Perot.

[0070] La FIG. 5 montre une autre forme générique possible parmi d'autres du résonateur 503 de la première couche 501. Dans ce cas, ce résonateur 503 est assimilable à un résonateur de type Helmholtz procédant un fond percé (ouverture vers les résonateurs de la deuxième couche) qui se caractérise par un conduit comprenant un assemblage en cascade d'un conduit de type tube 511 resserré appelé « cou du résonateur » et d'un conduit de type chambre 516 appelée « ventre du résonateur ». Le tube 511 peut déboucher (ou « se prolonger ») dans la chambre 516 du conduit de la première couche 501. Cependant, l'accès 524 (aussi appelé l'ouverture de sortie) par le fond du ventre vers les résonateurs de la deuxième couche constitue le point de différentiation avec le vrai résonateur d'Helmholtz qui a un fond normalement totalement obstrué. Le « cou » 511 peut être replié avec une surface d'ouverture acoustique pouvant être variable sur toute sa longueur. Les variables dimensionnelles b et B représentent, respectivement, la projection sur le plan [xz] du « cou » 511 et du « ventre » 516.

[0071] La FIG. 6 montre une autre forme générique possible parmi d'autres du résonateur de la première couche 601. Dans cet exemple, ce résonateur 603 est de type Fabry-Perot obtenu par assemblage et ajustement dimensionnel du conduit de type tube 611 et du conduit de type tube 616, les deux conduits formant un conduit de type tube replié. Les variables dimensionnelles b et B sont la projection de la première ouverture d'entrée acoustique 612 sur les deux axes du plan [xz]. L'exemple illustré dans cette figure correspond à un résonateur 603 sous forme d'un conduit acoustique replié. Le conduit de type tube 611 et le conduit de type tube 616 du premier résonnateur 103 peuvent être confondus pour former un seul et même conduit dont la section peut évoluer d'un bout à l'autre du conduit par la variation de sa forme, de ses dimensions et de sa tortuosité. Dans ce cas de figure, la longueur effective de ce conduit peut converger vers le quart de la valeur de longueur d'onde à la résonance.

[0072] Un panneau acoustique peut être constitué d'au moins une cellule élémentaire. Le panneau acoustique peut comprendre une seule cellule élémentaire. Le panneau acoustique peut comprendre plusieurs cellules élémentaires de caractéristiques similaires ou distinctes. Le panneau peut être plat ou incurvé.
Selon la méthode de fabrication, ce panneau peut être monolithique ou le résultat d'un assemblage. La désignation par les termes de métamatériaux acoustiques ou métamatériaux absorbants de cette invention est due au fait que cette dernière peut être vue comme un panneau effectif qui se comporte comme un matériau bien plus épais et intrinsèquement absorbant. Le panneau peut être dimensionné sur la base de contraintes géométriques, par exemple, une surface caractéristique, une épaisseur égale à la somme de la première couche et la deuxième couche ainsi que divers critères concernant, notamment, le ratio d'ouverture sur la surface de panneau.

[0073] La FIG. 10 représente un exemple d'un panneau 700 comprenant des cellules élémentaires 709 avec la même forme que la cellule élémentaire 709 montrée en coupe dans la FIG. 7. Comme montré sur la FIG. 7, la première couche 701 peut comprendre un résonateur 703 du style Fabry-Perot, formé par le conduit de type tube 711 et le conduit de type tube replié 716. La deuxième couche 702 est constitué d'un ensemble 704 de plusieurs résonateurs 704a, 704b, 704c, 704d, 704e, qui peuvent chacun et individuellement prendre la forme d'un résonateur quart-d'onde replié. Le matériau de la première couche et/ou le matériau de la deuxième couche peut être du type sélectionné parmi un matériau rigide, un matériau mou, un matériau plein, un matériau structuré, un matériau expansé, un matériau extrudé, un matériau malléable, un matériau sensiblement non-absorbant et/ou un matériau inerte. Le matériau utilisé peut inclure, par exemple, du MDF qui peut être usiné avec un procédé classique de fabrication de meuble en panneau de bois (par exemple, une scie circulaire sur table, une rogneuse d'angle, un collage et/ou un perçage).

[0074] Dans la FIG. 10, les segments 741, 742 sont issus d'une coupe multiple opérée sur deux plans perpendiculaires à la surface caractéristique du panneau acoustique. Le segment 743 correspond à une représentation en transparence du segment 741 avec une perspective différente qui permet d'identifier et de localiser les résonateurs 704a, 704b, 704c, 704d, 704e de la deuxième couche 702 (FIG. 8).

[0075] Comme montré dans la FIG.9, chacune des dix cellules élémentaires 709 a une surface caractéristique de 600mm × 60mm et une épaisseur de 54mm. La FIG. 8 représente une vue en perspective cavalière d'une cellule 709 comme celle de la FIG. 7. La FIG. 7 est une exemple d'une projection selon un plan [xz] la cellule élémentaire 709, comprenant un résonateur 703 en forme de conduit comprenant une première ouverture d'entrée 712 et une ouverture de sortie 715. Les zones de matière retirée 704a, 704b, 704c, 704d, 704e, 703 de la cellule élémentaire 709 permettent d'identifier cinq résonateurs 704a, 704b, 704c, 704d, 704e de la deuxième couche 702 connectés à l'unique résonateur 703 de la première couche 701 de la cellule élémentaire 709. La coupe opérée 719 permet d'avoir un aperçu des résonateurs 703, 704a de la première couche 701 et de la deuxième couche 702. La FIG. 7 montre une deuxième ouverture d'entrée 715 pour un des résonateurs 704. L'ouverture acoustique et la longueur des résonateurs 704 de la deuxième couche peut être différente selon la position du repère de coupe 719 le long de l'arrête 710. Cela en raison de la présence de cinq différents résonateurs 704a, 704b, 704c, 704d, 704e dans la deuxième couche 702. Les variables dimensionnelles de la cellule élémentaire 709 de cet exemple sont indiquées dans la FIG. 7 selon les axes x et z et dans la FIG. 8 selon l'axe y. Une plaque (voir exemple FIG. 17) peut être fabriqué en assemblant 30 panneaux 700 totalisants une surface de, par exemple, 10,8 m². Les valeurs pour les dimensions associées sont consignées dans le tableau noté Table 1.

[0076] La FIG. 15 représente un exemple d'un panneau 1200 en utilisant des cellules élémentaires avec la même forme que la cellule élémentaire 1209 montrée dans la FIG. 12. La FIG. 12 est une exemple d'une projection selon un plan [xz] la cellule élémentaire 1209, comprenant un résonateur 1203 en forme de conduit comprenant une première ouverture d'entrée 1212 et une ouverture de sortie 1215. La FIG. 15 montre les segments 1241, 1242 issus d'une coupe multiple opérée sur deux plans perpendiculaires à la surface caractéristique du panneau 1200. Le segment 1243 correspond à une représentation en transparence d'un segment 1241 avec une perspective différente qui permet d'identifier et de localiser les cinq résonateurs 1204 de la deuxième couche 1202 et le résonateur 1203 de la première couche1201. La FIG. 12 montre une deuxième ouverture d'entrée 1215 pour un des résonateurs 1204. La FIG. 14 montre aussi dix cellules élémentaires 1209 assemblées en forme d'un panneau 1200. Le panneau acoustique est constitué de 10 cellules élémentaires, chacune des cellules ayant une surface caractéristique 600mm × 60mm et une épaisseur de 54mm. La FIG. 13, donne une vue en perspective cavalière d'une cellule élémentaire 1209. La coupe opérée 1219 permet d'avoir un aperçu des résonateurs 1203, 1204a de la première couche 1201 et de la deuxième couche 1202, respectivement. Les zones de matière retirée 1204a, 1204b, 1204c, 1204d, 1204e, 1203 de la cellule élémentaire 1209 permettent d'identifier cinq résonateurs de la deuxième couche (la couche profonde) connectés à l'unique résonateur 1203 de la première couche 1201 de la cellule élémentaire 1209 selon cette invention. La coupe opérée au repère 1219 permet d'avoir un aperçu des résonateurs 1203, 1204a de la première couche 1201 et de la deuxième couche 1202, respectivement. La longueur et l'ouverture acoustique du résonateur 1204a peut être différente selon la position du repère de coupe 1219 le long de l'arrête 1210. Cela, en raison de la présence de cinq différents résonateurs 1204a, 1204b, 1204c, 1204d, 1204e dans la deuxième couche 1202. Les variables dimensionnelles d'un tel exemple d'un panneau 1200 sont indiquées dans la FIG. 12 selon les axes x et z et FIG. 13 selon l'axe y. Les valeurs associées sont consignées dans la Table 1. Une plaque peut être fabriqué en assemblant 30 panneaux 1200 totalisants une surface de, par exemple, 10,8 m². Le matériau utilisé peut être, par exemple, du MDF qui a été usiné avec un procédé classique de fabrication de meuble en panneau de bois (par exemple, une scie circulaire sur table, une rogneuse d'angle, un collage et/ou un perçage).

[0077] La FIG. 19B, donne une vue en perspective cavalière par transparence d'une cellule élémentaire 1809. Les zones de matière retirée 1804a, 1804b, 1804c, 1804d, 1804e, 1803 de la cellule élémentaire 1809 permettent d'identifier cinq résonateurs 1804a, 1804b, 1804c, 1804d, 1804e de la couche profonde 1802 connectés à l'unique résonateur 1803 de la première couche 1801 de la cellule élémentaire 1809 selon cette invention (FIG. 18). La FIG. 18 est une exemple d'une projection selon un plan [xz] la cellule élémentaire 1809, comprenant un résonateur 1803 en forme de conduit comprenant une première ouverture d'entrée 1812 et une ouverture de sortie 1824. La FIG. 18 montre aussi une deuxième ouverture d'entrée 1815 pour un des résonateurs 1804. Cette cellule élémentaire 1809 ne diffère des cellules élémentaires 709 et 1209 représentées dans la FIG. 7 et la FIG. 12, respectivement, que par les dimensions des différents éléments constitutifs. Les variables dimensionnelles d'un tel exemple d'une cellule élémentaire 1809 sont indiquées dans la FIG. 18 selon les axes x et z et FIG. 19A et 19C selon l'axe y. Les valeurs associées sont consignées dans la Table 1. Une telle cellule élémentaire 1809 peut être fabriquée, par exemple, en PLA avec une imprimante 3D. Une telle fabrication peut être réalisée en plusieurs étapes où chacun des résonateurs de la première couche et de la deuxième couche est réalisé indépendamment d'une seule phase d'impression avant une étape finale d'assemblage de l'ensemble des résonateurs.
La FIG. 22b, donne une vue en perspective cavalière par transparence d'une cellule élémentaire 2109. Les zones de matière retirée 2104a, 2104b, 2104c, 2104d, 2104e, de la cellule élémentaire 2109 permettent d'identifier cinq résonateurs 2104a, 2104b, 2104c, 2104d, 2104e de la couche profonde 2102 connectés à l'unique résonateur 2103 de la première couche 2101 de la cellule élémentaire 2109 selon cette invention (FIG. 22A). La deuxième couche 2102 de la cette cellule élémentaire 2109 de la FIG. 21 et les FIGs. 22A, 22B et 22C est identique à la deuxième couche 1802 de la cellule élémentaire 1809 de la FIG. 18 et les FIGs. 19A, 19B et 19C. La FIG. 21 est une exemple d'une projection selon un plan [xz] la cellule élémentaire 2109, comprenant un résonateur 2103 en forme de conduit comprenant une première ouverture d'entrée 2112 et une ouverture de sortie 2124. La FIG. 21 montre aussi une deuxième ouverture d'entrée 2115 pour un des résonateurs 2104. Cette cellule élémentaire 2109 de la FIG. 21 et les FIGs. 22A, 22B et 22C ne diffère de la cellule élémentaire 1809 représentée FIG. 18 et les FIGs. 19A, 19B et 19C, que par la première couche 1801 et 2101. Dans le cas de cette cellule élémentaire 2109 de la FIG. 21 et les FIGs. 22A, 22B et 22C, le résonateur 2103 de la première couche 2101 à la forme d'un résonateur de Helmholtz percé en son fond par des ouvertures d'accès aux résonateurs 2104a, 2104b, 2104c, 2104d, 2104e de la deuxième couche 2102. Les variables dimensionnelles d'un tel exemple d'une cellule élémentaire 2109 sont indiquées FIG. 21 selon les axes x et z, et FIGs. 22A et 22C selon l'axe y. Les valeurs associées sont consignées dans la Table 1. Une telle cellule élémentaire 2103 peut être fabriquée, par exemple, en PLA avec une imprimante 3D. Une telle fabrication peut être réalisée en plusieurs étapes où chacun des résonateurs de la première couche et de la deuxième couche est réalisé indépendamment d'une seule phase d'impression avant une étape finale d'assemblage de l'ensemble des résonateurs.

[0078] Un autre objet de l'invention est de fournir une plaque acoustique comprenant au moins un tel panneau acoustique. La plaque peut être apte à être fixé sur une surface à insonoriser, de préférence un mur et/ou un plafond. De préférence, la plaque peut être plate ou incurvée. Deux prototypes exemplaires d'une telle plaque ont été fabriqués de 2x30 panneaux, totalisant une surface de 2×10,8 m². Dans ces exemples, les deux plaques sont constituées des panneaux de la FIG. 9 et de la FIG. 14, respectivement. Une photographie d'une des deux plaques formées avec 30 panneaux, chaque panneau étant un panneau de la FIG. 14, est représentée sur la FIG. 17. La fabrication a été réalisé avec un procédé classique de fabrication de meuble en panneau de bois (par exemple, essences de bois, OSB, médium, aggloméré). Le procédé d'usinage a nécessité des outils et des moyens classiques pour ce type de fabrication (par exemple, une scie circulaire sur table, rogneuse d'angle, collage, perçage). La précision d'usinage exigée n'a été que de ± 2 mm pour des cellules élémentaires de 600 mm de côté. Le matériau utilisé pour la fabrication de ce prototype à échelle réelle est le MDF qui a été choisi pour son prix sensiblement plus faible que celui des autres bois. Le stockage et le transport de ces prototypes se sont fait dans les mêmes conditions et avec les mêmes moyens que ceux des meubles ou des matériaux et produits de bricolage en bois.

[Table 1]

	Exemple n°1 (FIG.9)	Exemple n°2 (FIG.14)	Exemple n°3	Exemple n°4	Unité
n	5	5	5	5	-
W	600	600	34.5	34.5	mm
w	600	600	34.5	34.5	mm
D	35.5	78	34	34	mm
d	18.5	33	12.5	12.5	mm
Z	60	60	23	23	mm
z	60	60	23	23	mm
L	99	222	100	33	mm
l	6	6	1	11	mm
le	6	6	1	1	mm
A	570	570	32.5	32.5	mm
α	570	570	32.5	∅ = 7	mm
B	13	13	6	21	mm
b	13	13	6	∅ = 7	mm
δ	0	0	0	11	mm
l1	79	176	126	126	mm
a1(l)	11	11	6	6	mm
b1(l)	1.5	1.5	1	1	mm
l2	89	196	112	112	mm
a2(l)	111	111	6	6	mm
b2(l)	1.5	1.5	1	1	mm
l3	100	216	100	100	mm
a3(l)	111	111	6	6	mm
b3(l)	1.5	1.5	1	1	mm
l4	112.5	235	89	89	mm
a4(l)	111	111	6	6	mm
b4(l)	1.5	1.5	1	1	mm
l5	126	269	79	79	mm
a5(l)	111	111	6	6	mm
b5(l)	1.5	1.5	1	1	mm

Revendications

1. Cellule élémentaire (109, 709, 1209, 1809, 2109) de métamatériau acoustique absorbant comprenant :

- une première couche (101, 401-701, 1201, 1801, 2101) comprenant un premier résonateur (103, 403-703, 1203, 1803, 2103), le premier résonateur formant un conduit comprenant une première ouverture d'entrée (112, 412, 612, 712, 1212, 1812, 2112) et une ouverture de sortie (124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 724, 1224, 1824, 2124);

- une deuxième couche (102-302, 702, 1202, 1802, 2102) comprenant un ou plusieurs résonateurs (104a, 104b, 104c, 104d, 104e, 204, 304, 704, 1204, 1804, 2104), chaque résonateur de la deuxième couche formant une cavité (118a, 118b, 118c, 118d, 118e, 218, 318) comprenant une deuxième ouverture d'entrée (115a, 115b, 115c, 115d, 115e, 215, 315, 715, 1215, 1815, 2115) reliée à l'ouverture de sortie du conduit du premier résonnateur de sorte que tout ou partie d'une onde sonore incidente reçue par la première ouverture d'entrée puisse pénétrer dans chaque résonateur de la deuxième couche via cette deuxième ouverture d'entrée.

2. Cellule élémentaire selon la revendication 1, dans laquelle :

- le premier résonateur présente en outre un taux d'absorption non nul étendu sur une bande fréquentielle Δf qui est centrée autour d'une fréquence caractéristique f₀ pour laquelle le coefficient d'absorption α₀(f=f₀) est maximal sur cette bande fréquentielle Δf, la valeur maximale étant, par exemple, inférieur à 30% ; et

- chacun des uns ou plusieurs résonateurs de la deuxième couche présente en outre un taux d'absorption non nul étendu respectivement sur une bande fréquentielle Δf_k, plus étroite que la bande fréquentielle Δf, qui est centrée respectivement autour d'une fréquence caractéristique f_k pour laquelle le coefficient d'absorption α_k(f=f_k) est maximal sur cette bande fréquentielle Δf_k, la valeur maximale étant, par exemple, inférieur ou égal à 30%.

3. Cellule élémentaire selon la revendication 2, dans laquelle chacun des uns ou plusieurs résonateurs de la deuxième couche est dimensionné de manière à positionner sa fréquence caractéristique respective f_k sur un intervalle de fréquence Δf±δ où Δf est la bande fréquentielle du premier résonateur et δ représente une différence de fréquence minime.

4. Cellule élémentaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le conduit de la première couche et/ou la cavité de la deuxième couche comprend au moins un conduit du type sélectionné parmi :

- un tube ;

- une chambre ;

de préférence le au moins un conduit du type tube comprend un ou plusieurs coudes.

5. Cellule élémentaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le conduit de la première couche et/ou la cavité de la deuxième couche comprend au moins deux conduits montés en cascade, chaque conduit étant du type sélectionné parmi :

- un tube ;

- une chambre ;

de préférence au moins un des deux conduits est du type tube comprenant un ou plusieurs coudes.

6. Cellule élémentaire selon la revendication 5, dans laquelle au moins un des deux conduits est du type tube se prolongeant à l'intérieur d'un conduit du type tube ou chambre qui le précède ou qui lui succède.

7. Cellule élémentaire selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans laquelle tout ou une partie du conduit de la première couche a sensiblement la forme d'un prisme, de préférence le prisme étant un parallélépipède, un cube, un cylindre, un cône ou un prisme hexagonal.

8. Cellule élémentaire selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans laquelle tout ou une partie de la cavité de la deuxième couche a sensiblement la forme symétriques ou régulière d'un cuboïde, un cylindre, un cône ou un prisme hexagonal, un parallélépipède, un cube ou un cylindre.

9. Cellule élémentaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la deuxième ouverture d'entrée d'au moins une des cavités de la deuxième couche comprend en outre une extension qui s'étend dans le conduit de la première couche, de préférence l'extension étant droite ou repliée dans le conduit de la première couche.

10. Cellule élémentaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau de la première couche et/ou le matériau de la deuxième couche est du type sélectionné parmi :

- un matériau rigide ;

- un matériau mou ;

- un matériau plein, de préférence sélectionné parmi un métal, un alliage, une céramique, une terre cuite, l'argile, le béton, une plaque de pierre naturelle ou artificielle, le plastique, le verre et un textile aggloméré ;

- un matériau structuré de préférence sélectionné parmi les essences naturelles de bois et les bois dérivés ;

- un matériau expansé, de préférence sélectionné parmi une pierre, une argile, un liège une matière plastique, un caoutchouc naturel, un caoutchouc synthétique et une résine ;

- un matériau extrudé de préférence sélectionné parmi un métal un les alliage et un polymère ;

- un matériau malléable, de préférence sélectionné parmi un métal, un plastique, un bois naturel, un caoutchouc naturel, un caoutchouc synthétique, du papier, du carton ;

- un matériau sensiblement non-absorbant acoustiquement ; et/ou

- un matériau inerte.

11. Cellule élémentaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la première couche est en contact contre la deuxième couche.

12. Panneau acoustique comprenant au moins une cellule élémentaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.

13. Panneau acoustique selon la revendication 12, lequel est plat ou incurvé.

14. Plaque acoustique comprenant au moins un panneau acoustique selon la revendication 13, la plaque étant apte à être fixée sur une surface à insonoriser, de préférence un mur et/ou un plafond, de préférence la plaque est plate ou incurvée.

Dessins